CN111983434A - 多端口射频微波芯片的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多端口射频微波芯片的测试系统，包括：具有载物台、第一台面及第二台面的自动探针台；第一台面位于载物台的上方，中心区域安置直流探针卡；第二台面位于第一台面的上方，探针座安置于第二台面上；自动探针台和探针座由伺服电机驱动，可以分别进行X‑Y‑Z方向的三维移动；PXI‑e多功能测试平台，给直流探针卡提供测试信号实现对待测芯片的直流特性测试及监测；四端口矢量网络分析仪，给射频探针提供测试信号实现对待测芯片的射频特性测试。本发明的多端口射频微波芯片的测试系统结构简单、测试参数覆盖性高、测试效率高、测试精度高、成本低、测试灵活性高。

Description

多端口射频微波芯片的测试系统

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别是涉及一种多端口射频微波芯片的测试系统。

背景技术

随着5G、卫星通信等新一代通信技术与半导体制造工艺的快速发展，以波束赋形芯片为代表的多端口射频收发芯片的集成度越来越高，测试端口数越来越多，相应地要求测试系统具有更高测试参数覆盖性和更快的测试吞吐率。

传统的射频收发芯片测试方案为：使用直流稳压电源提供并量测芯片直流参数，使用矢量网络分析仪测试器件S参数，使用频谱分析仪或者噪声系数分析仪测试噪声参数，使用信号源、信号分析仪及微波功率计测试功率与频谱参数。不同子系统间使用微波开关实现测试切换，该方案系统十分复杂、测试参数覆盖性低、测试过程缓慢、测试精度差，已难以应对日益复杂的测试需求。且该方案搭配普通机械探针座只能针对最多三端口芯片在片测试应用，手动变换端口连接，无法应对多端口射频收发芯片自动测试需求，只适用于产品早期研发测试。

另一种方案是使用多端口矢量网络分析仪实现多端口同时测试，首先同轴端口进行N×N端口校准，再使用OSL(Open-Short-Load)方法提取各个探针参数，通过矩阵变换与级联去嵌得到待测件参数，从而实现多端口S参数的测试；或通过定制化多端口在片校准件实现在片校准。该方案需定制多端口射频探针及校准片完成校准和测试，主要缺点在于多端口矢量网络分析仪、多端口射频探针及校准片造价极其高昂且不通用，仅限于固定型号大规模量产型测试，测试灵活性很差。

目前对于多端口器件在片测试方案的讨论不多，由于技术条件的限制，各方案仍存在不足和缺陷。因此开发出一种灵活高效的多端口射频收发芯片测试技术具有十分迫切的需求和非常重要的现实意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多端口射频微波芯片的测试系统，用于解决现有技术中多端口器件在片测试系统复杂、测试参数覆盖性低、测试过程缓慢、测试精度差、成本高、测试灵活性差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多端口射频微波芯片的测试系统，所述多端口射频微波芯片的测试系统至少包括：

自动探针台，直流探针卡，射频探针，探针座，PXI-e多功能测试平台及四端口矢量网络分析仪；

所述自动探针台包括晶圆载台、第一台面及第二台面；所述第一台面位于所述晶圆载台的上方，中心区域设置所述直流探针卡；所述第二台面位于所述第一台面的上方，所述探针座安置于所述第二台面上；所述晶圆载台和所述探针座由伺服电机驱动，分别进行X-Y-Z方向的三维移动，进而实现六维空间移动；

所述PXI-e多功能测试平台的量测接口连接所述直流探针卡，基于所述PXI-e多功能测试平台提供的测试信号实现对所述测试基座上待测芯片的直流特性测试及监测；

所述四端口矢量网络分析仪连接所述射频探针，基于所述四端口矢量网络分析仪提供的测试信号实现对所述待测芯片的射频特性测试；所述射频探针安置于所述探针座上。

可选地，所述多端口射频微波芯片的测试系统还包括显微镜模组，所述显微镜模组设置于所述自动探针台的上方，用于观察所述待测芯片及各探针的对应位置。

可选地，所述多端口射频微波芯片的测试系统还包括自动晶圆上下料装置。

可选地，所述射频特性测试包括S参数、噪声、功率、增益压缩、频谱及交调中的至少一个或多个组合。

可选地，所述PXI-e多功能测试平台包括工程控制模块、直流供电与测试模块，波形控制与监测模块，以及信号采集与分析模块。

可选地，所述PXI-e多功能测试平台内部的硬件单元之间通过PXIe协议接口连接。

更可选地，所述探针座的数量设定为4个，其中至少两个为程控探针座。

更可选地，所述探针座两两相对设置；所述直流探针卡上的探针分为四组，两两相对设置；所述直流探针卡与所述探针座上的探针在所述测试基座上的投影呈“米”字型分布。

更可选地，所述探针座与所述直流探针卡的相邻探针夹角为0°~90°。

如上所述，本发明的多端口射频微波芯片的测试系统，具有以下有益效果：

1、 本发明的多端口射频微波芯片的测试系统可以实现射频多端口芯片在片测试系统的通用化设计。

2、 本发明的多端口射频微波芯片的测试系统减少系统搭建过程中仪器设备的频繁切换带来的精度劣化。

3、 本发明的多端口射频微波芯片的测试系统使用程控探针座避免了待测端口之间的手动切换，大大提高了测试效率。

4、 本发明的多端口射频微波芯片的测试系统避免定制多端口矢量网络分析仪、多端口直流射频/微波混合探卡及定制校准片，大幅降低测试成本。

附图说明

图1显示为本发明的多端口射频微波芯片的测试系统结构示意图。

图2显示为本发明的自动探针台、直流探针卡及探针座的侧视示意图。

图3显示为本发明的自动探针台、直流探针卡及探针座的俯视示意图。

元件标号说明

1-自动探针台；11-第一台面；12-第二台面；2-直流探针卡；3-探针座；4- PXI-e多功能测试平台；41-量测接口；5-四端口矢量网络分析仪；51-射频端口；6-显微镜模组；7-自动晶圆上下料装置。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1~图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种多端口射频微波芯片的测试系统，所述多端口射频微波芯片的测试系统包括：

自动探针台1，直流探针卡2，射频探针，探针座3，PXI-e多功能测试平台4及四端口矢量网络分析仪5。

所述自动探针台1包括晶圆载台、第一台面11及第二台面12；所述第一台面位于所述晶圆载台的上方，中心区域设置所述直流探针卡2；所述第二台面12位于所述第一台面11的上方，所述探针座3安置于所述第二台面12上；所述晶圆载台和所述探针座3由伺服电机驱动，分别进行X-Y-Z方向的三维移动，进而实现六维空间移动；所述PXI-e多功能测试平台4连接所述直流探针卡2，基于所述PXI-e多功能测试平台4提供的测试信号实现对所述晶圆载台上待测芯片的直流特性测试及监测；所述四端口矢量网络分析仪5连接所述探针座3上的射频探针，基于所述四端口矢量网络分析仪5提供的测试信号实现对所述待测芯片的射频特性测试。

具体地，如图1所示，所述自动探针台1用于实现待测芯片的切换。如图2及图3所示，在本实施例中，所述自动探针台1包括晶圆载台（图2及图3中未显示）、第一台面11及第二台面12。所述晶圆载台用于放置并真空吸附待测晶圆，所述待测晶圆上排布有待测芯片（图中未显示）。所述第一台面11设置于所述晶圆载台的上方，作为示例，所述第一台面11为环形结构，包括矩形台面区域及位于所述矩形台面区域中间的圆形贯通区域，所述圆形贯通区域贯穿所述第一台面11以露出下方的晶圆载台；在实际使用中，所述第一台面11的形状包括但不限于具有开口的环形结构，能将所述直流探针卡2固定安装在所述第一台面11的中心区域即可，不以本实施例为限。所述第二台面12设置于所述第一台面11的上方，作为示例，所述第二台面12包括左右两个矩形台面区域，两个矩形台面区域用于承载所述探针座3，基于两个矩形台面区域中间的间隙及所述第一台面的圆形贯通区域可露出下方的晶圆载台；在实际使用中，所述第二台面12的形状包括但不限于环形结构、具有开口的环形结构，能承载所述探针座3并允许所述探针座3上的探针穿过的结构均适用于本发明，不以本实施例为限。所述晶圆载台连接第一驱动装置（图中未显示），所述第一驱动装置驱动所述晶圆载台相对于所述第一台面1及所述第二台面12进行X-Y-Z方向的三维移动；所述探针座3连接第二驱动装置（图中未显示），所述第二驱动装置驱动所述探针座3相对于所述第一台面1及所述第二台面12进行X-Y-Z方向的三维移动；由此所述自动探针台1可实现六维空间移动，有别于现有技术中只有晶圆载台可以实现三维移动，本发明的自动探针台灵活性高。

具体地，如图2及图3所示，在本实施例中，所述直流探针卡2设置于所述第一台面11中心的圆形贯通区域，所述直流探卡2的边缘通过卡合固定件固定于所述第一台面11的内侧壁。测试开始时，所述直流探针卡2位于待测芯片的正上方，通过所述直流探针卡2的设置提高了I/O接口的数量，同时也提高了测试灵活性。在本实施例中，所述直流探针卡2包括环状PCB板，PCB板表面开口处下方安装探针，探针向中心区域延伸且暴露于所述环状PCB板包围的探测区域（开口区域）内，以使得测试过程中探针可方便地加载到所述晶圆载台上的待测芯片测试端口。

具体地，如图2及图3所示，所述探针座3设置于所述第二台面12上，所述第二驱动装置带动所述探针座3移动。测试开始时，所述探针座3上的探针穿过所述第二台面12的间隙、所述第一台面11的圆形贯通区域及所述直流探针卡2中心的探测区域加载到待测芯片的测试端口。本实施例中，所述探针座3的数量设置为4个（分别作为发射信号端T、接收信号端R、本振信号端LO及中频信号端IF），分别连接所述四端口矢量网络分析仪的四个端口。如图3所示，作为示例，两个探针座固定于左侧矩形台面区域，另两个探针座固定于右侧矩形台面区域。

作为本发明的一种实现方式， 四个探针座3分别设置于所述待测芯片的前后左右四个方向上，两两相对设置，呈十字型。作为示例，其中，位于所述待测芯片的前后方向上的探针座采用机械探针座或程控探针座（相对于所述待测芯片左右移动），位于所述待测芯片的左右方向上的探针座采用程控探针座（相对于所述待测芯片前后移动）；在实际使用中，各探针座3中至少有两个为程控探针座，其余设置为机械探针座，可基于实际需要将固定不动的探针座设置为机械探针座，将需要调整的探针座设置为程控探针座，不以本实施例为限。所述直流探针卡2上的探针分为四组，两两相对设置，呈十字型。所述探针座3上的探针与所述直流探针卡2上的探针交错设置，在所述测试基座上的投影成“米”字型分布，进一步提高测试灵活性，降低测试成本；所述直流探针卡2上的探针相对于所述探针座3上的探针旋转0°~90°，作为示例，可设置为10°、20°、45°、50°、60°、70°或80°，在此不一一列举。

具体地，如图1所示，所述PXI-e多功能测试平台4的量测接口与所述直流探针卡2连接，用于实现直流特性测试。所述PXI-e多功能测试平台4相当于传统的电源、任意波形发生器及数字示波器等仪器。所述PXI-e多功能测试平台4包括但不限于工程控制模块、直流供电与测试模块，波形控制与监测模块，以及信号采集与分析模块，并设置有一组量测接口41。在本实施例中，所述PXI-e多功能测试平台4还设置有一组控制接口，所述控制接口与所述自动探针台1及所述探针座3连接，基于所述工程控制模块内部的自动控制程序控制所述射频探针移动遍历所有待测端口，解决了射频多端口间的自动切换，无需手动切换实现了测试过程的全自动。

作为示例，所述PXI-e多功能测试平台4的硬件单元包括但不限于工控机、波控板卡及电源板卡，各硬件单元之间通过PXIe协议接口连接，以实现高效信号传输。在实际使用中可选择其它协议接口，能实现信号传输即可，不以本实施例为限。

作为示例，所述PXI-e多功能测试平台4的量测接口41与所述直流探针卡2通过高速排线连接，在实际使用中可根据需要选择其他传输形式，不以本实施例为限，以此实现包括但不限于直流供电与测试、波形控制与监测及信号采集与分析，无需切换测试仪器，操作简便。

具体地，如图1所示，所述四端口矢量网络分析仪5与所述探针座3连接，用于实现射频特性测试。所述四端口矢量网络分析仪5相当于传统的矢量网络分析仪、噪声系数分析仪、频谱仪、信号源、函数信号发生器及开关矩阵等设备互联的复杂微波测试系统。所述四端口矢量网络分析仪5包括4个射频端口51，通过4个射频端口51与4个探针座3的一一对应连接可实现包括但不限于S参数、噪声、功率、增益压缩、频谱及交调的射频特性测试，支持连续波与脉冲测试模式，无需切换测试仪器，操作简便。

作为本发明的一种实现方式，如图1所示，所述多端口射频微波芯片的测试系统还包括显微镜模组6，所述显微镜模组6设置于所述自动探针台1的上方，用于观察所述芯片及各探针的对应位置。

作为本发明的一种实现方式，如图1所示，所述多端口射频微波芯片的测试系统还包括自动晶圆上下料装置7，通过机械手臂对待测晶圆进行加载和卸载，进一步提高自动化程度。

本发明的多端口射频微波芯片的测试系统的工作原理如下：

1）搭建本发明的多端口射频微波芯片的测试系统。

具体地，提供测试仪器及装置，包括自动探针台1，直流探针卡2，探针座3，PXI-e多功能测试平台4及四端口矢量网络分析仪5；将所述直流探针卡2安装于所述自动探针台1的第一台面11上，将所述PXI-e多功能测试平台4通过专用高速排线连接至所述直流探针卡2；所述四端口矢量网络分析仪5的4个端口分别连接至对应射频探针座。

2）根据测试需求配置所述多端口射频微波芯片的测试系统。

具体地，基于所述PXI-e多功能测试平台4中内置的内部自动控制程序发送系统参数以实现对所述多端口射频微波芯片的测试系统的配置。

3）进行三端口在片校准，校准精度达到要求后开始测试。

具体地，进行个三端口在片校准的方法包括但不限于SOLT、SOLR，本发明的多端口射频微波芯片的测试系统利用通用的三端口测试方法无需定制探卡与校准片，成本大大降低。

4）基于自动控程序移动自动探针台1将直流探针卡2及探针座3上的探针加载到相应的待测芯片端口，基于PXI-e多功能测试平台4及四端口矢量网络分析仪5提供多组测试信号，各组测试信号通过探针遍历采集每组测试信号对应状态下的实际参数。

5）重复步骤4）将探针加载到下一组待测芯片端口，采集当前组待测芯片的实际参数，直至完成所有待测芯片的测试。

本发明提出一种新的多端口射频微波芯片的测试系统，通过自动探针台两层台面的设计在一个系统中兼顾直流探针与交流探针，提高通用性；通过直流探针与交流探针的双层“米”字型排布提高测试灵活性，降低测试成本。同时基于自动控制程序调整射频探针的位置实现射频多端口间的自动切换，无需手动切换，提高效率；且利用通用的三端口测试方法进行测试时无需定制探卡与校准片，进一步降低成本。

综上所述，本发明提供一种多端口射频微波芯片的测试系统，包括自动探针台，直流探针卡，射频探针，探针座，PXI-e多功能测试平台及四端口矢量网络分析仪；所述自动探针台包括晶圆载台、第一台面及第二台面；所述第一台面位于所述晶圆载台的上方，中心区域设置所述直流探针卡；所述第二台面位于所述第一台面的上方，所述探针座安置于所述第二台面上；所述晶圆载台和所述探针座由伺服电机驱动，分别进行X-Y-Z方向的三维移动，进而实现六维空间移动；所述PXI-e多功能测试平台的量测接口连接所述直流探针卡，基于所述PXI-e多功能测试平台提供的测试信号实现对所述测试基座上待测芯片的直流特性测试及监测；所述四端口矢量网络分析仪连接所述射频探针，基于所述四端口矢量网络分析仪提供的测试信号实现对所述待测芯片的射频特性测试；所述射频探针安置于所述探针座上。本发明的多端口射频微波芯片的测试系统结构简单、测试参数覆盖性高、测试效率高、测试精度高、成本低、测试灵活性高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种多端口射频微波芯片的测试系统，其特征在于，所述多端口射频微波芯片的测试系统至少包括：

自动探针台，直流探针卡，射频探针，探针座，PXI-e多功能测试平台及四端口矢量网络分析仪；

所述自动探针台包括晶圆载台、第一台面及第二台面；所述第一台面位于所述晶圆载台的上方，中心区域设置所述直流探针卡；所述第二台面位于所述第一台面的上方，所述探针座安置于所述第二台面上；所述晶圆载台和所述探针座由伺服电机驱动，分别进行X-Y-Z方向的三维移动，进而实现六维空间移动；

所述PXI-e多功能测试平台的量测接口连接所述直流探针卡，基于所述PXI-e多功能测试平台提供的测试信号实现对所述测试基座上待测芯片的直流特性测试及监测；

所述四端口矢量网络分析仪连接所述射频探针，基于所述四端口矢量网络分析仪提供的测试信号实现对所述待测芯片的射频特性测试；所述射频探针安置于所述探针座上。

2.根据权利要求1所述的多端口射频微波芯片的测试系统，其特征在于：所述多端口射频微波芯片的测试系统还包括显微镜模组，所述显微镜模组设置于所述自动探针台的上方，用于观察所述待测芯片及各探针的对应位置。

3.根据权利要求1所述的多端口射频微波芯片的测试系统，其特征在于：所述多端口射频微波芯片的测试系统还包括自动晶圆上下料装置。

4.根据权利要求1所述的多端口射频微波芯片的测试系统，其特征在于：所述射频特性测试包括S参数、噪声、功率、增益压缩、频谱及交调中的至少一个或多个组合。

5.根据权利要求1所述的多端口射频微波芯片的测试系统，其特征在于：所述PXI-e多功能测试平台包括工程控制模块、直流供电与测试模块，波形控制与监测模块，以及信号采集与分析模块。

6.根据权利要求1所述的多端口射频微波芯片的测试系统，其特征在于：所述PXI-e多功能测试平台内部的硬件单元之间通过PXIe协议接口连接。

7.根据权利要求1~6任意一项所述的多端口射频微波芯片的测试系统，其特征在于：所述探针座的数量设定为4个，其中至少两个为程控探针座。

8.根据权利要求7所述的多端口射频微波芯片的测试系统，其特征在于：所述探针座两两相对设置；所述直流探针卡上的探针分为四组，两两相对设置；所述直流探针卡与所述探针座上的探针在所述测试基座上的投影呈“米”字型分布。

9.根据权利要求8所述的多端口射频微波芯片的测试系统，其特征在于：所述探针座与所述直流探针卡的相邻探针夹角为0°~90°。

Images